2018 Fiscal Year Annual Research Report
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17H03198
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
米谷 玲皇 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (90466780)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | マイクロ・ナノデバイス / 微小共振器 / フォトニック結晶 / 機械材料・材料力学 / 光物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、微小量ガスの高感度検出，ガス種識別のための“分子識別ナノメカニカル素子”を実現する技術，知見を獲得することを目的としてる。質量や電荷など様々な物量を高感度にセンシング可能な“ナノメカニカル素子”と光の制御性に優れた“フォトニックナノ構造”を組み合わせ、ガス分子の吸収スペクトルの計測を可能とする素子の実現を目指している。
今年度は、光スペクトル形成に向けた光波長検出デバイスの試作，デバイス構造の最適化とこれによる光検出に関する研究を進めた。具体的には、フォトニックナノ構造として、構造の周期や高さにより吸収波長を制御可能なブルズアイアンテナ構造を、特定波長範囲の光波長に対応させるためスパイラル型に配置したスパイラル型ブルズアイアンテナ構造を用いた。この中心に円形の薄膜振動子を配置した。これにより、スパイラル型ブルズアイアンテナ構造に照射され、その中心に誘導された光作用（光強度）を薄膜振動子の共振特性から読み取ることを試みた。ブルズアイアンテナ構造上での各照射位置では、特定の波長の光のみ吸収されるため、照射光の波長と照射位置での吸収波長とが一致した場合に、薄膜振動子に光が作用し、各々の波長での光強度を測定することができる。この光ナノメカニカル素子は、Si基板上にdiamond-like carbon及びAuを用いて構成した。また、本研究では1.5 μm帯の波長可変レーザーを計測対象として用いた。結果として、作製した光ナノメカニカル素子を用いて、特定波長のレーザー光の検出を達成し、ブルズアイアンテナ構造とナノメカニカル素子を組み合わせたデバイスが特定波長の光検出に有効であることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
光吸収波長をフォトニック構造により任意に制御し、光吸収（熱）に伴い変化するナノメカニカル素子の共振特性の変化から特定波長の光強度を計測，これを各波長に対して連続的に繰り返し行うことで、各波長の光強度を計測し、スペクトル形成を行うというのが本研究で提案する光スペクトルの計測原理である。これにおいて、特定波長の光強度計測の達成は、光スペクトル形成実現のキーとなる達成目標の一つである。現時点では、単一波長のレーザー光の検出にとどまるが、これは、提案したスパイラル型ブルズアイ構造を有する光ナノメカニカル素子を用いて、吸収させる光波長をスパライル型ブルズアイ構造の各々の位置で制限し、選択的に吸収させ、その際の光強度を薄膜振動子の共振特性の変化から計測できることを示しており、光スペクトル形成に必須の機能である“特定波長での光強度計測”が実現できることを示した成果であるといえる。以上のことから、本研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記のとおり、提案したスパイラル型ブルズアイアンテナ構造とナノメカニカル素子を組み合わせたデバイスにより、特定波長の光強度計測が可能であることを示した。今後は、獲得したこの知見をさらに発展させ、光スペクトル形成に向けた取り組みを進める。具体的には、高分解能なスペクトル形成のためには、フォトニックナノ構造，プラズモニックナノ構造により高い波長選択性，効果的な光吸収をいかに引き起こすかがポイントである。そのため、本研究では、数値解析的手法もフル活用しながら、３次元プラズモニックナノ構造の適用も視野に入れ、波長選択性の高い，光吸収の大きなフォトニックナノ構造に関する研究を重点的に行う。これにより光スペクトルの形成に向け、その根幹となるフォトニックナノ構造による波長選択，光吸収制御に関する基礎的研究の完成を目指す。
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Research Products
(12 results)
